Fondamenti di Informatica

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1 Fondamenti di Informatica Fondamenti di Programmazione in MATLAB Strutturazione del Codice Sorgente Prof. Marco Lombardi A.A. 2018/19

2 Fondamenti di Programmazione in MATLAB: Strutturazione del Codice Sorgente OUTLINE M-File Scenari di Utilizzo Script Concetti ed Esempi M-File Script Commenti Esempi Funzioni Concetti ed Esempi M-File Function Input/Output

3 M-File 1/2 Finora abbiamo inserito comandi, istruzioni e funzioni MATLAB direttamente mediante la Command Window Tuttavia, ciò può causare disagio, specialmente quando comandi, istruzioni e funzioni devono essere rieseguiti più volte Magari in più sessioni di lavoro MATLAB distinte Con leggere modifiche Ecc.

4 M-File 1/2 Finora abbiamo inserito comandi, istruzioni e funzioni MATLAB direttamente mediante la Command Window Tuttavia, ciò può causare disagio, specialmente quando comandi, istruzioni e funzioni devono essere rieseguiti più volte Magari in più sessioni di lavoro MATLAB distinte Con leggere modifiche Ecc. MATLAB permette di risolvere questi problemi attraverso l utilizzo degli M-File

5 M-File 2/2 MATLAB consente di memorizzare una sequenza di istruzioni in un file, detto M-File In particolare, un M-File può essere di due tipi M-File Script: contiene una sequenza di comandi o istruzioni MATLAB, nella stessa forma in cui vengono scritti usando Command Window M-File Function: contiene nuove funzioni MATLAB definite dall utente. In generale, tali funzioni accettano dati in input e restituiscono dati di output, come risultato della loro elaborazione

6 M-File Script 1/9 In MATLAB è possibile rieseguire comandi, istruzioni e funzioni mediante i seguenti passi Creare un file (che conterrà la lista di comandi, istruzioni e funzioni) Salvare il file Eseguire il file Un file contenente una lista di comandi/istruzioni/funzioni MATLAB viene detto M-File Script Ogni M-file Script ha l estensione.m

7 M-File Script 2/9 Più precisamente, un M-file Script è Un file esterno contenente sequenze di istruzioni MATLAB Digitando il nome del file, comandi/istruzioni/funzioni prese in input da MATLAB sono ottenute direttamente da tale file Utile per l'automazione di blocchi di comandi/istruzioni/funzioni MATLAB Come ad esempio calcoli che è necessario eseguire più volte (manualmente) dalla Command Window

8 M-File Script 3/9 Esempio Creare uno script (di nome sommamat.m) che Effettua la somma di due matrici A e B Salva il risultato nella matrice C ed infine lo stampa A e B sono definite come segue AA = , BB = SOLUZIONE MATLAB per sommare A e B Tale soluzione andrà inserita nel file sommamat.m sommamat.m A=[2 3;4 5]; B=[6 7; 8 9]; C=A+B

9 M-File Script 4/9 Creare uno script con MATLAB

10 M-File Script 4/9 Creare uno script con MATLAB

11 M-File Script 4/9 (Utilizzando la Command Window) Creare uno script con MATLAB utilizzando il comando edit

12 M-File Script 5/9 Editor di M-File Script Inserire le istruzioni MATLAB mediante l Editor di M-file Script

13 M-File Script 6/9 Salvare l M-File Script (il.m viene automaticamente aggiunto)

14 M-File Script 6/9 Salvare l M-File Script (il.m viene automaticamente aggiunto)

15 M-File Script 6/9 Salvare l M-File Script (il.m viene automaticamente aggiunto)

16 M-File Script 7/9 Eseguire l M-File Script mediante la Command Window L M-File Script deve essere memorizzato nella Current Directory Per eseguirlo è sufficiente digitare nella Command Window il nome del file script (senza estensione.m) Esempio Supponiamo di aver memorizzato il file script dell esempio precedente nella Current Directory, con il nome di sommamat.m >> sommamat C =

17 M-File Script 8/9 Gli M-File Script possono operare su variabili esistenti nel Workspace, oppure possono crearne di nuove Tutte le variabili che vengono create da tali script rimangono nel Workspace e possono essere usate per effettuare ulteriori calcoli Esempio 1 media.m Script per calcolare la media di 3 numeri Workspace

18 M-File Script 8/9 Gli M-File Script possono operare su variabili esistenti nel Workspace, oppure possono crearne di nuove Tutte le variabili che vengono create da tali script rimangono nel Workspace e possono essere usate per effettuare ulteriori calcoli media.m Esempio 1 Script per calcolare la media di 3 numeri Variabili presenti nel Workspace prima dell esecuzione dello script Workspace Definisco tre variabili a, b, c Command Window

19 Gli M-File Script possono operare su variabili esistenti nel Workspace, oppure possono crearne di nuove Tutte le variabili che vengono create da tali script rimangono nel Workspace e possono essere usate per effettuare ulteriori calcoli Esempio 1 media.m Script per calcolare la media di 3 numeri Eseguo lo script chiamato media Workspace Variabile inserita nel Workspace dopo l esecuzione dello script Command Window

20 M-File Script 8/9 Gli M-File Script possono operare su variabili esistenti nel Workspace, oppure possono crearne di nuove Tutte le variabili che vengono create da tali script rimangono nel Workspace e possono essere usate per effettuare ulteriori calcoli Esempio 2 media.m Script per calcolare la media di 3 numeri Workspace

21 M-File Script 8/9 Gli M-File Script possono operare su variabili esistenti nel Workspace, oppure possono crearne di nuove Tutte le variabili che vengono create da tali script rimangono nel Workspace e possono essere usate per effettuare ulteriori calcoli Esempio 2 media.m Workspace Script per calcolare la media di 3 numeri Eseguo lo script chiamato media Variabili inserite nel Workspace dopo l esecuzione dello script

22 M-File Script 9/9 M-File Script VANTAGGI: È possibile modificare (se necessario) comandi/istruzioni/funzioni nel file una sola volta, ed eseguire tale file (script) più volte SVANTAGGI: Tutte le variabili create all interno dello script sono aggiunte al Workspace, e questo può portare a problemi indesiderati Ad Esempio Alcune variabili già esistenti nel Workspace vengono sovrascritte Lo stato di alcune variabili già esistenti nel Workspace viene modificato Ecc.

23 Commenti in MATLAB 1/3 Gli M-File Script (ma anche gli M-File Function) possono contenere qualsiasi serie di istruzioni/comandi/funzioni MATLAB, ma anche commenti Qualsiasi testo che segue un segno di percentuale (%) su una data linea è detto testo di commento ed è mostrato in verde. I commenti Possono apparire Su linee distinte rispetto alle istruzioni MATLAB Alla fine di una istruzione MATLAB Non vengono processati da MATLAB L aggiunta di commenti è essenziale per la comprensione di programmi costituiti da un gran numero di istruzioni A maggior ragione se il programma deve essere compreso da persone diverse dal suo autore

24 Commenti in MATLAB 2/3 Commento su linea distinta Commento su linea distinta

25 Commenti in MATLAB 3/3 Commento a fine istruzione

26 Funzioni 1/4 Una funzione è un segmento (blocco) autonomo di programma che esegue un compito specifico In termini più formali, una funzione (detta anche subroutine, metodo, procedura o sottoprogramma) è una porzione di codice all'interno di un programma più ampio, che svolge un compito specifico e può essere relativamente indipendente dal resto del codice Le funzioni rappresentano le basi per costruire programmi più complessi

27 Input x = Funzioni y = mean(x) Output y = sum(x) y = max(x)

28 Funzioni 2/4 Una funzione è un segmento (blocco) autonomo di programma che esegue un compito specifico Function Output Input

29 Funzioni 2/4 Una funzione è un segmento (blocco) autonomo di programma che esegue un compito specifico Function Output Input Una funzione può Accettare uno o più (ma anche zero) argomenti in input Restituire uno o più (ma anche zero) argomenti in output

30 Funzioni 3/4 Una funzione può essere vista come una sorta di black box Una funzione comunica con il mondo esterno soltanto usando le proprie variabili di input e output Il suo codice sorgente e il suo Workspace (stato) risultano nascosti al chiamante Function Output Input

31 Funzioni 4/4 Perché usare le funzioni? Riusabilità Una funzione può essere usata più volte, senza necessità di riscrivere ogni volta il codice sorgente (istruzioni) che essa contiene Leggibilità del codice Un programma che risolve un problema complesso, può essere suddiviso più sotto-programmi (funzioni), ognuno dei quali risolve un sotto-problema (divide-et-impera) Gestibilità del codice

32 M-File Function 1/11 MATLAB mette già a disposizione diverse funzioni, dette funzioni built-in Ad esempio max, sum, mean, ecc. Inoltre, MATLAB permette all utente di creare proprie funzioni, dette funzioni user-defined

33 M-File Function 2/11 Vediamo come creare in MATLAB una funzione user-defined Sintassi per creare una funzione definita dall utente function [variabili di output] = nome_funzione(variabili di input) <corpo_funzione> end

34 M-File Function 2/11 function [variabili di output] = nome_funzione(variabili di input) <corpo_funzione> end Le variabili di output sono quelle i cui valori vengono calcolati dalla funzione, utilizzando i valori delle variabili di input Le variabili di output sono racchiuse tra parentesi quadre (che sono facoltative quando c è un solo output) Le variabili di input devono essere racchiuse tra parentesi tonde La parola function nella riga di definizione della funzione deve essere scritta in lettere minuscole

35 M-File Function 2/11 Vediamo come creare in MATLAB una funzione user-defined Sintassi per creare una funzione definita dall utente function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end

36 M-File Function 2/11 Vediamo come creare in MATLAB una funzione user-defined Sintassi per creare una funzione definita dall utente function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end Output

37 M-File Function 2/11 Vediamo come creare in MATLAB una funzione user-defined Sintassi per creare una funzione definita dall utente function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end Input

38 M-File Function 2/11 Vediamo come creare in MATLAB una funzione user-defined Sintassi per creare una funzione definita dall utente function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end Output Input

39 M-File Function (4) Vediamo come creare in MATLAB una funzione user defined Sintassi per creare una funzione definita dall utente function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end Output Input

40 M-File Function 2/11 Vediamo come creare in MATLAB una funzione user-defined Sintassi per creare una funzione definita dall utente function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end Nome della funzione

41 M-File Function (4) Vediamo come creare una funzione user defined Sintassi per creare una funzione definita dall utente function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end Nome della funzione

42 M-File Function- 2/11 Vediamo come creare in MATLAB una funzione user-defined Sintassi per creare una funzione definita dall utente function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end

43 M-File Function (4) corpo_funzione Vediamo come creare una funzione user defined Sintassi per creare una funzione definita dall utente function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end

44 M-File Function 3/11 Esempio 1 (Area Triangolo Equilatero) function area = area_triangolo_equilatero(lato) area = sqrt(3)/4 * lato^2; end Definizione (o dichiarazione) della funzione

45 M-File Function 3/11 Esempio 1 (Area Triangolo Equilatero) function area = area_triangolo_equilatero(lato) area = sqrt(3)/4 * lato^2; end Definizione (o dichiarazione) della funzione 1 variabile di input

46 M-File Function 3/11 Esempio 1 (Area Triangolo Equilatero) function area = area_triangolo_equilatero(lato) area = sqrt(3)/4 * lato^2; end 1 variabile di output Definizione (o dichiarazione) della funzione

47 M-File Function 3/11 Esempio 1 (Area Triangolo Equilatero) function area = area_triangolo_equilatero(lato) area = sqrt(3)/4 * lato^2; end 1 variabile di output Definizione (o dichiarazione) della funzione N.B. I nomi delle variabili di output presenti nella definizione della funzione devono essere identici a quelli delle variabili in cui sono memorizzati i valori (calcolati) che la funzione deve restituire come output

48 M-File Function 3/11 Esempio 1 (Area Triangolo Equilatero Con Commenti) function area = area_triangolo_equilatero(lato) %La funzione prende in input la lunghezza di un lato e %restituisce in output l area del triangolo %L'area del triangolo equilatero può essere calcolata %dividendo per 4 la radice quadrata di 3; il risultato %ottenuto da tale divisione deve essere moltiplicato per %la dimensione del lato, elevata al quadrato area = sqrt(3)/4 * lato^2; end

49 M-File Function 4/11 Esempio 2 (Area Sfera) function area = area_sfera(raggio) area = 4 * pi * raggio^2; end Definizione (o dichiarazione) della funzione

50 M-File Function 5/11 Esempio 3 (Area e Volume Sfera) function [area, volume] = area_volume_sfera(raggio) area = area_sfera(raggio); volume = 4/3 * pi * raggio^3; end Definizione (o dichiarazione) della funzione

51 M-File Function 5/11 Esempio 3 (Area e Volume Sfera) function [area, volume] = area_volume_sfera(raggio) area = area_sfera(raggio); volume = 4/3 * pi * raggio^3; 2 variabili di output end Definizione (o dichiarazione) della funzione

52 M-File Function 5/11 Esempio 3 (Area e Volume Sfera) function [area, volume] = area_volume_sfera(raggio) area = area_sfera(raggio); volume = 4/3 * pi * raggio^3; 2 variabili di output end Definizione (o dichiarazione) della funzione N.B. I nomi delle variabili di output presenti nella definizione della funzione devono essere identici a quelli delle variabili in cui sono memorizzati i valori (calcolati) che la funzione deve restituire come output

53 M-File Function 5/11 Esempio 3 (Area e Volume Sfera) function [area, volume] = area_volume_sfera(raggio) area = area_sfera(raggio); invocazione a un altra funzione volume = 4/3 * pi * raggio^3; end Osservazione: all interno di una funzione è possibile invocare una o più funzioni user-defined e/o funzioni built-in di MATLAB NOTA: Le funzioni user-defined, per poter essere invocate, devono essere state precedentemente memorizzate (salvate) nel relativo M- File Function Vediamo come

54 M-File Function 6/11 Le funzioni user-defined, per poter essere invocate, devono essere state precedentemente memorizzate (salvate) nel relativo M-File Function function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end Salvare una funzione user-defined in un M-File Function Il nome della funzione (nome_funzione) deve essere uguale al nome del file in cui sarà salvata tale funzione Ad es., se il nome della funzione è media, tale funzione deve essere salvata nel file media.m (N.B. MATLAB suggerisce già il nome corretto da dare alla funzione)

55 M-File Function 6/ Le funzioni user-defined, per poter essere invocate, devono essere state precedentemente memorizzate (salvate) nel relativo M-File Function function [out1,out2,...,outn] = nome_funzione(in1,in2,...,inm) <corpo_funzione> end Salvare una funzione user-defined in un M-File Function Il nome della funzione (nome_funzione) deve essere uguale al nome del file in cui sarà salvata tale funzione Ad es., se il nome della funzione è media, tale funzione deve essere salvata nel file media.m (N.B. MATLAB suggerisce già il nome corretto da dare alla funzione)

56 M-File Function 7/11 Un M-file Function ha estensione.m ed il suo contenuto deve iniziare con la parola chiave function Seguita da eventuali parametri di input e di output Ogni M-file Function ha un proprio workspace, separato dal Workspace mostrato in MATLAB Tutte le variabili all interno dell M-file Function vengono dette locali ad esso Esistono soltanto all interno della funzione stessa Non vengono viste dall ambiente MATLAB o da altre eventuali M-file Function chiamanti

57 M-File Function 8/11 Una volta memorizzata la funzione user-defined nel relativo M-File Function (nella Current Directory), tale funzione può essere invocata dalla Command Window di MATLAB

58 M-File Function 8/11 Dopo che è stata creata (dichiarata), una funzione può essere utilizzata (invocata), fornendogli in input gli opportuni parametri function area = area_triangolo_equilatero(lato) area = sqrt(3)/4 * lato^2; end Dichiarazione >> area_triangolo_equilatero(3) ans = Invocazione

59 M-File Function 8/11 Dopo che è stata creata (dichiarata), una funzione può essere utilizzata (invocata), fornendogli in input gli opportuni parametri function area = area_triangolo_equilatero(lato) area = sqrt(3)/4 * lato^2; end Dichiarazione >> area_triangolo_equilatero(3) ans = Invocazione

60 M-File Function 8/11 N.B. È importante notare la differenza tra definizione (Dichiarazione) della funzione e uso (Invocazione) della funzione stessa function area = area_triangolo_equilatero(lato) area = sqrt(3)/4 * lato^2; end Dichiarazione >> area_triangolo_equilatero(3) ans = Invocazione

61 M-File Function 8/11 I valori restituiti in output da una funzione possono essere assegnati a variabili Che saranno visibili nel Workspace di MATLAB function mysum = sumtwonums(a,b) mysum = a+b; end >> somma = sumtwonums(3,4) somma = 7

62 M-File Function 8/11 I valori restituiti in output da una funzione possono essere assegnati a variabili Che saranno visibili nel Workspace di MATLAB >> [area, volume] = area_volume_sfera(6) area = volume =

63 M-File Function 9/11 Parametri formali I parametri formali sono quelli indicati in fase di dichiarazione della funzione Esempio function [area, volume] = area_volume_sfera(raggio)... end raggio è un parametro formale di input della funzione area_volume_sfera

64 M-File Function 10/11 Parametri attuali I parametri attuali sono quelli indicati in fase di invocazione della funzione Esempio.. area = area_sfera(raggio);... In questo caso, raggio è un parametro attuale di input della funzione invocata area_sfera

65 M-File Function 11/11 I parametri possono essere di qualsiasi tipo Array, matrici, scalari, ecc. I parametri attuali vengono associati a quelli formali tenendo conto della posizione Il primo parametro attuale viene associato al primo parametro formale, il secondo attuale al secondo formale, ecc. È necessario che l invocazione a una funzione avvenga con un numero di parametri attuali di input uguale al numero dei parametri formali di input

66 M-File Function 11/11 Dichiarazione function area_triangolo = areatriangolo(base, altezza) area_triangolo = (base * altezza) / 2; end 2 parametri formali: corrispondenti rispettivamente alla base ed all altezza N.B. Il primo parametro attuale deve corrispondere al primo parametro formale, il secondo parametro attuale deve corrispondere al secondo parametro formale e così via Invocazione >> area_triangolo = areatriangolo(5, 3) area_triangolo = parametri attuali: corrispondenti rispettivamente alla base ed all altezza

67 Input/Output 1/6 MATLAB fornisce vari comandi che permettono di ottenere l input degli utenti e formattare i dati di output (i risultati ottenuti eseguendo i comandi di MATLAB)

68 Input/Output 2/6 Con il comando input è possibile ottenere un input da parte dell utente tramite il prompt del Command Window Esempio >> x = input('inserisci x: ')

69 Input/Output 2/6 Il comando input visualizza un testo sullo schermo, aspetta che l utente digiti qualcosa e poi memorizza l input nella variabile specificata Esempio >> x = input('inserisci x: ') Variabile in cui verrà memorizzato l input digitato dall utente Stringa mostrata a video

70 Input/Output 2/6 Con il comando input è possibile ottenere un input da parte dell utente tramite il prompt del Command Window Esempio >> x = input('inserisci x: ') Inserisci x:

71 Input/Output 2/6 Con il comando input è possibile ottenere un input da parte dell utente tramite il prompt del Command Window Esempio >> x = input('inserisci x: ') Inserisci x: Attende l input dell utente

72 Input/Output 2/6 Con il comando input è possibile ottenere un input da parte dell utente tramite il prompt del Command Window Esempio >> x = input('inserisci x: ') Inserisci x: 45 x = 45

73 Input/Output 2/6 Con il comando input è possibile ottenere un input da parte dell utente tramite il prompt del Command Window Esempio >> x = input('inserisci x: ') Inserisci x: 45 x = 45 Memorizza nella variabile x il valore preso in input, ovvero, 45

74 Input/Output 3/6 Esempio 2 >> a = input('a: '); a: 125 >> b = input('b: '); b: 270 >> c = input('c: '); c: 391 >> average = (a+b+c)/3 average = 262

75 Input/Output 3/6 Come al solito, maggiori informazioni sul comando possono essere ottenute utilizzando il comando help

76 Input/Output 4/6 Generalmente vengono utilizzati due modi per mostrare l output in MATLAB disp fprintf Il comando disp ha il vantaggio di essere molto semplice da utilizzare, ma fornisce un controllo limitato su ciò che può essere mostrato in output Il comando fprintf è estremamente completo nella gestione dell output, ma non è di facile utilizzo Possibilità di specificare numerose opzioni riguardanti come verrà visualizzato l output (maggiori informazioni digitando il comando help fprintf)

77 Input/Output 4/6 Esempi di utilizzo del comando disp >> disp('stringa') stringa >> disp(['stringa1','stringa2','stringa3']) stringa1stringa2stringa3 >> disp(['stringa ', num2str(10)]) stringa 10

78 Input/Output 4/6 Esempi di utilizzo del comando disp >> disp('stringa') stringa >> disp(['stringa1','stringa2','stringa3']) stringa1stringa2stringa3 >> disp(['stringa ', num2str(10)]) stringa 10 IMPORTANTE: num2str trasforma un numero in una stringa, in modo che possa essere stampata da disp

79 Input/Output 5/6 Esempio 1 (Utilizzo comando disp) >> a = 46; b = 35; c = 100; >> disp('stamperò il valore di a e la somma b + c') Stamperò il valore di a e la somma b + c >> disp(['il valore della variabile a è :', num2str(a)]) Il valore della variabile a è :46 >> disp(['la somma b + c è:', num2str(b+c)]) La somma b + c è:135

80 Input/Output 6/6 È possibile decidere il formato di visualizzazione dei risultati prodotti da MATLAB, mediante il comando format Il comando format determina l aspetto dei numeri sullo schermo MATLAB utilizza molte cifre significative nei suoi calcoli, ma raramente servono tutte Il formato standard di visualizzazione di MATLAB utilizza quattro cifre decimali

81 Input/Output 6/6 È possibile decidere il formato di visualizzazione del risultato tramite il comando format format short: 4 cifre decimali (formato standard o di default); Ad es., format long : 16 cifre. Ad es., format short e: 5 cifre (4 decimali) più l esponente. Ad es., e+03 format long e: 16 cifre (15 decimali) più l esponente. Ad es., e-04 format bank: 2 cifre decimali. Ad es., format +: Positivo, negativo o zero. Ad es., + format rat: Approssimazione razionale. Ad es., 43/7 format compact: Elimina le righe vuote format loose: Annulla l effetto di format compact

82 Input/Output 6/6 È possibile decidere il formato di visualizzazione del risultato tramite il comando format format short: 4 cifre decimali (formato standard o di default); Ad es., format long : 16 cifre. Ad es., format short e: 5 cifre (4 decimali) più l esponente. Ad es., e+03 format long e: 16 cifre (15 decimali) più l esponente. Ad es., e-04 format bank: 2 cifre decimali. Ad es., format +: Positivo, negativo o zero. Ad es., + format rat: Approssimazione razionale. Ad es., 43/7 format compact: Elimina le righe vuote format loose: Annulla l effetto di format compact N.B. In questo contesto e non rappresenta il numero e di Nepero, che è alla base dei logaritmi naturali, ma l iniziale della parola esponente

83 Riferimenti Capitolo 1 Paragrafo 1 [Comandi di formattazione] Paragrafi 4 [File Script ed Editor/Debugger] e 5 [La guida di MATLAB] Capitolo 3 Paragrafi 1 [Funzioni matematiche di base] e 2 [da Funzioni definite dall utente fino a Varianti nella chiamata di una funzione (incluso)]